直流斩波

斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-1 直流斩波器的应用：直流斩波器的应用：直流电机调速直流电机调速 直流电压变换（开关电源）直流电压变换（开关电源）直流电压隔离直流电压隔离斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-2 直流斩波器的分类：直流斩波器的分类：根据输入、输出电压大小根据输入、输出电压大小 降压型降压型 U0 Ui Boost 型型 升降压型升降压型 Buck-Boost 型型 Cuk 型型 根据电压、电流方向根据电压、电流方向 第一象限第一象限 U0 0,I0 0 第二象限第二象限 U0 0,I0 0 两象限两象限 四象限四象限斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-3 本章主要内容：本章主要内容：了解直流斩波器的工作原理及控制方式，掌了解直流斩波器的工作原理及控制方式，掌握直流斩波器的基本电路、波形分析及电路握直流斩波器的基本电路、波形分析及电路参数计算，掌握多相多重型斩波电路、多象参数计算，掌握多相多重型斩波电路、多象限斩波电路。限斩波电路。重点：重点：掌握各种斩波电路的波形分析及工作原理掌握各种斩波电路的波形分析及工作原理斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-45.1.1 直流斩波器的工作原理直流斩波器的工作原理 S 斩波开关斩波开关 D 续流二极管续流二极管 S闭合：闭合：uLD=US S断开：断开：uLD=0斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-5 负载电压平均值：负载电压平均值：斩波开关导通比（占空比）：斩波开关导通比（占空比）：0 1 ，0 ULD US 0 t ton :SSonLDUUTtUTtonmLDAALDSERidtdiLUtLRAtLRLDmSALDLDLDLDeIeREUimin)1(斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-6 ton t T :max)1(tLRAtLRLDmALDLDLDLDeIeREimLDAALDERidtdiL0斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-7 基本控制方式：调节基本控制方式：调节 ton/T 定频调宽控制（定频调宽控制（PWM）T 不变，调节不变，调节 ton 定宽调频控制（定宽调频控制（PFM）ton 不变，调节不变，调节 T toff 不变，调节不变，调节 ton 和和 T 调频调宽混合控制调频调宽混合控制SonLDUTtU斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-8 反馈控制方式：反馈控制方式：瞬时值控制瞬时值控制（边带控制、（边带控制、bang-bang控制）控制）当当 i Imax时，时，S 关断关断 特点：特点：输出电流输出电流(电压电压)纹波恒定纹波恒定 响应速度快响应速度快 开关频率变化较大开关频率变化较大斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-9 平均值控制平均值控制 电压反馈控制或电流反馈控制电压反馈控制或电流反馈控制 当当 Uf Ur 时，时，减小减小ton，U0 下降下降 特点：特点：开关频率固定，易于滤波，响应较慢开关频率固定，易于滤波，响应较慢斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-105.2.1 降压斩波器降压斩波器 CH导通：导通：uLDUS，iA上升上升 CH关断：关断：D导通，导通，uLD 0，iA下降下降 ULD US 1 ，ULD US LF、CF：输入滤波电路：输入滤波电路斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-115.2.2 升压斩波器升压斩波器 CH导通，导通，D截止：截止：uCH0，iS 上升，上升，LF 充电充电 CH关断，关断，D导通：导通：uCH UC，iS 下降，下降，LF 放电放电 US UCH ,UC ULD USCConCHUUTtTU)1(SLDUU11斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-125.2.3 第二象限斩波器第二象限斩波器 ULD 0，iA 0 能量从负载流向电源能量从负载流向电源 电机电机再生制动，再生制动，ULD Em ULD UCH ,UC US 0 1 ，ULD Em，iA 0。再生状态：再生状态：CH1始终关断，始终关断，CH2、D2交替导通，交替导通，ULD Em，iA 0，iA可正可负，可正可负，位于第一、二象限位于第一、二象限 能量双向流动能量双向流动斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-145.2.5 B型两象限斩波器型两象限斩波器 电动状态：电动状态：CH2始终导通，始终导通，D2始终截止，始终截止，CH1、D1交替导通，与降压斩波器相同，交替导通，与降压斩波器相同，ULD Em 0，iA 0。再生状态：再生状态：CH1始终关断，始终关断，D1始终导通，始终导通，CH2、D2交替导通，类似于第二象限斩波器交替导通，类似于第二象限斩波器 ULD 0，Em 0，ULD 0。iA 0，ULD可正可负，可正可负，位于第一、四象限。位于第一、四象限。其他控制方式：其他控制方式：CH1、CH2 同时导通或交替导通。同时导通或交替导通。斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-155.2.6 四象限斩波器四象限斩波器 CH1、D1 CH4、D4B型两象限斩波器型两象限斩波器 iA 0，ULD可正可负，可正可负，位于第一、四象限。位于第一、四象限。CH2、D2 CH3、D3B型两象限斩波器（左右翻转）型两象限斩波器（左右翻转）iA Em，在再生状，在再生状态时，态时，ULD Em。在非电动机负载时，为使输出电压恒定，也需在非电动机负载时，为使输出电压恒定，也需要平波电抗器要平波电抗器 Ld。输入滤波电路的作用：减小输入滤波电路的作用：减小输入电流谐波输入电流谐波含量。含量。输出滤波电路的作用：减小输出滤波电路的作用：减小输出电压谐波输出电压谐波含量。含量。斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-18 输出滤波电路（输出滤波电路（Ld）的作用：）的作用：减小输出电压、电流谐波含量。减小输出电压、电流谐波含量。（减小纹波、脉动系数）（减小纹波、脉动系数）斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-19 输出滤波参数对电路的影响：输出滤波参数对电路的影响：当当 =0.5 时，时，IA=IAmaxTLUIILDSAA)1(22min_TILUIIKALDSAA)1(25.0SmSALDUEUdtdiL)1(TLUILDSA)1(斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-20 LLD 增加，增加，IA、IAmin、K 减小。减小。T 减小，即斩波频率减小，即斩波频率 f 提高，提高，IA、IAmin、K 减小。减小。IA一定时，提高一定时，提高 f 可以减小所需可以减小所需 Ld。DCDC变换器向高频化发展。变换器向高频化发展。斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-21 输入滤波电路（输入滤波电路（LF、CF）的的作用：作用：减小输入电流谐波含量。减小输入电流谐波含量。输入滤波参数对电路的影响：输入滤波参数对电路的影响：00CHSII11CHCLCLLSIZZZZZI12121141CHFFSICLfItfIIiCHCHCH1102sin2斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-22 减小减小 IS1 的方法：的方法：增加滤波电感增加滤波电感 LF 增加滤波电容增加滤波电容 CF 提高斩波频率提高斩波频率 f1（高频化）（高频化）12121141CHFFSICLfI斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-23 减小输入、输出脉动：减小输入、输出脉动：提高开关频率提高开关频率 f 采用多相多重电路采用多相多重电路 多相从多相从电源电源侧看侧看 多重从多重从负载负载侧看侧看 二相二重斩波器（图二相二重斩波器（图a）二相一重斩波器（图二相一重斩波器（图b）斩波电路 Feb,2004北京交通大学电气工程学院5-24 二相二重斩波器二相二重斩波器 CH1、CH2 并联运行并联运行 触发脉冲互差触发脉冲互差 T/2 iS、iA的脉动频率为的脉动频率为2 fCH 脉动频率提高，脉动率减小脉动频率提高，脉动率减小